Kraftmesstechnik (Piezo-Waage)

Messgrößen

  • Kraft
  • Moment

Prinzip

Piezo-Kraftmesselemente nutzen die Eigenschaft von Quarz, bei mechanischer Beanspruchung (Druck, Zug, Schubspannung) eine elektrische Ladung abzugeben (piezoelektrischer Effekt).
Die Wirkungsrichtung, d.h. die Richtung der größten Empfindlichkeit der Messelemente hängt davon ab, in welcher Ebene die Scheiben aus dem Kristall geschnitten wurden.
Für einen 3-Komponenten Kraftsensor werden zwei Schubquarzpaare (Fx und Fy) und ein Druckquarzpaar (Fz) ein einem Gehäuse montiert. Die Quarzpaare sind unter hoher Vorspannung zusammengepresst, um die Übertragung von Schubspannungen bei den Querkräften zu gewährleisten.
Piezo-Kraftmesselemente besitzen eine hohe Steifigkeit und somit eine hohe Eigenfrequenz. Dadurch eignen sie sich gut zur Erfassung schneller Vorgänge (instationäre Messungen).

Anwendung

Piezo-Waagen eignen sich hervorragend für dynamische Kraftmessungen. Für statische Messungen sind sie auf Grund des exponentiellen Ladungsabfalls bei konstanter Belastung nur bedingt geeignet (Messdauer ca. 10 – 15 Minuten).

Es ist eine 6-Komponentenwaage vorhanden, die bei Windkanalexperimenten zur Kraft- und Momentenmessung zum Einsatz kommt. Der Messbereich beträgt für Fx, Fy und Fz jeweils +/- 5 kN bei einem Kraftangriffspunkt max. 25 mm über der Waage. Bei größeren Hebelarmen verringert sich die maximale Belastbarkeit.

Weiterhin sind 3-Komponenten Kraftmesselemente mit einem Messbereich von +/- 2 kN vorhanden, die bei Bedarf auch zu 6-Komponentenwaagen zusammengeschaltet werden können.

Institut / Einrichtung

DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik

Kontakt

Dr.rer.nat. Uwe Fey
DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik

Jochen Krampe
Technologiemarketing

Dr. Frank Holtmann
Technologiemarketing

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